JPH06103943A - Ion source by electron cyclotron resonance - Google Patents

Ion source by electron cyclotron resonance

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JPH06103943A
JPH06103943A JP4145056A JP14505692A JPH06103943A JP H06103943 A JPH06103943 A JP H06103943A JP 4145056 A JP4145056 A JP 4145056A JP 14505692 A JP14505692 A JP 14505692A JP H06103943 A JPH06103943 A JP H06103943A
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JP
Japan
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ion source
pipe
chamber
resonance
piece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4145056A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Bernard Jacquot
ジャコ ベルナール
Marc Delaunay
デロネイ マーク
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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Publication of JPH06103943A publication Critical patent/JPH06103943A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE: To optimize an ion source by electronic cyclotron resonance by installing a tubular piece movable in parallel to a dielectric pipe in the peripheral part of the dielectric pipe. CONSTITUTION: An optimizing apparatus which optimizes an ion source comprises a tubular piece 47 known as a magnetic screw and the piece 47 is installed in the peripheral part of a first dielectric pipe 21 at a proper idle gap about 0.5mm from the pipe 21, so that friction at the time when the pipe 21 moves relatively and parallel to a housing 11 is avoided. Moreover the piece 47 has the same thickness as that of the housing 11 and is provided with a thread ridge, which can be squeezed into a tap-formed of the housing 11, in its peripheral part and the piece 47 is made movable by screwing/unscrewing of the piece 47 in the housing 11. Since the piece 47 is made of iron, high magnetic field grading exists in the level of the housing 11 and the position of the resonating point C can be controlled and at the same time the electric field at the point C can be optimized by high gas pressure and consequently, an ion source in a low ionization-charged state can be optimized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、改良された電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)によるイオン源に関し、特に多
重荷電されたイオンの発生を可能にするイオン源に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to improved electron cyclotron resonance (ECR) ion sources, and more particularly to ion sources that allow the generation of multiply charged ions.

【0002】[0002]

【従来の技術】前記イオン源は、発生したイオンの熱力
学的なエネルギの種々の値に応じて多くの方法に用いら
れ、特にイオン及びマイクロエッチング応用や、科学的
及び医学的な応用に用いられる粒子の加速装置に用いる
ことができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Ion sources are used in many ways depending on the thermodynamic energy values of the generated ions, especially in ion and microetching applications, and scientific and medical applications. Can be used as an accelerator for particles.

【0003】電子サイクロトロン共鳴によるイオン源で
は、高周波空洞のように閉じられたチャンバ内で電子サ
イクロトロン共鳴により高度に加速された電子を用い
て、1又は複数の金属蒸気又はガスからなるガス状の媒
体をイオン化することによりイオンが得られる。この電
子サイクロトロン共鳴は、イオン化させるガスを含むチ
ャンバに注入された高周波(HF)の電磁界と、当該チ
ャンバに存在する磁界との組合わせ作用により得られ、
前記磁界の振幅Bは次式の電子サイクロトロン共鳴条件
を満足させる。 B=f・2πm/e ただし、eは電子の電荷、mはその質量、fは磁界の周
波数を表わす。
In the electron cyclotron resonance ion source, a gaseous medium composed of one or more metal vapors or gases is used by using electrons highly accelerated by electron cyclotron resonance in a chamber closed like a high frequency cavity. Ions are obtained by ionizing. This electron cyclotron resonance is obtained by the combined action of a high frequency (HF) electromagnetic field injected into a chamber containing a gas to be ionized and a magnetic field existing in the chamber,
The amplitude B of the magnetic field satisfies the electron cyclotron resonance condition of the following equation. B = f · 2πm / e where e is the charge of the electron, m is its mass, and f is the frequency of the magnetic field.

【0004】これらのイオン源において、イオンの量
は、第1に、イオン化すべきガスを構成する中性原子に
電子が衝突することによりイオンを形成する現象と、第
2に、中性原子と電子が衝突したときに単独に又は集約
的にこれらを再結合させることによりこれらのイオンを
破壊する現象との2現象間の競合による。この中性原子
は依然としてイオン化されていないガスから発生し、更
にはチャンバの壁にイオンの衝突により前記チャンバの
壁上にも発生する。
In these ion sources, the amount of ions is as follows: first, a phenomenon in which an electron collides with a neutral atom forming a gas to be ionized to form an ion; and second, a neutral atom. Due to the competition between the two phenomena with the phenomenon of destroying these ions by recombination of them either alone or collectively when they collide. The neutral atoms originate from the gas which is not yet ionized and also on the chamber wall due to the collision of ions with the chamber wall.

【0005】この欠点は、イオン源を構成するチャンバ
内に形成されたイオンを、前記イオンをイオン化するた
めに用いた電子と共に閉じ込めることにより、避けられ
る。これは、半径方向及び軸方向の磁界をチャンバ内に
発生させ、チャンバの壁と接触していず、かつ電子サイ
クロトロン共鳴条件を満足させることに関連した「磁
気」表面を定めることにより実現される。この表面はラ
グビー・ボールの形をしている。この等磁気面がチャン
バの壁に近い程、中性原子の存在量、従ってイオン/中
性原子の衝突の量を制限させることができるので、効果
がある。更に、この表面はイオン、及びガスのイオン化
により発生した電子を閉じ込めることができる。この閉
じ込めにより、発生した電子は与えられたイオンを複数
回叩き、これを完全にイオン化することができる。
This drawback is avoided by confining the ions formed in the chamber forming the ion source with the electrons used to ionize said ions. This is accomplished by creating radial and axial magnetic fields within the chamber, defining a "magnetic" surface that is not in contact with the walls of the chamber and is associated with satisfying electron cyclotron resonance conditions. This surface is in the shape of a rugby ball. The closer this isomagnetic surface is to the wall of the chamber, the more effective it is because the abundance of neutral atoms and hence the amount of ion / neutral atom collisions can be limited. Furthermore, this surface can confine ions and electrons generated by the ionization of the gas. Due to this confinement, the generated electrons can hit given ions a plurality of times to completely ionize them.

【0006】この型式のイオン源は、本出願人の名によ
り1986年3月13日に出願され、FR- A- 2 5
95 868号により公開された文書に説明されてい
る。
An ion source of this type was filed on Mar. 13, 1986 in the name of the Applicant, FR-A-25.
It is described in the document published by No. 95 868.

【0007】第1図は従来技術によるイオン源を概要的
に示す。このイオン源はチャンバ1を備えており、高周
波(HF)電磁界により励起可能な共振空洞を構成して
いる。この電磁界は電磁界発生器3により発生され、導
波管5及び遷移空洞20によりチャンバ1内に導入され
る。
FIG. 1 schematically shows a prior art ion source. This ion source includes a chamber 1 and constitutes a resonance cavity that can be excited by a high frequency (HF) electromagnetic field. This electromagnetic field is generated by the electromagnetic field generator 3 and introduced into the chamber 1 by the waveguide 5 and the transition cavity 20.

【0008】更に、このイオン源は外部的にシールドさ
れた磁気構造(7、9、11)を備えており、その外装
11はチャンバ1における電子サイクロトロン共鳴に有
用な空間のみを磁化可能にしている。
Furthermore, the ion source is provided with an externally shielded magnetic structure (7, 9, 11), the sheath 11 of which allows only the space useful for electron cyclotron resonance in the chamber 1 to be magnetized. .

【0009】この磁気構造は、外装11の他に、永久磁
石7と、チャンバ1の周辺に配置され、半径方向の磁界
及び1軸方向の磁界をそれぞれ発生させるソレノイド9
とを有する。これら2つの磁界は重畳され、全チャンバ
1内に分布する。従って、これらは一つの合成磁界を形
成し、これがチャンバ1内の共振等磁気面13を定めて
いる。
In addition to the outer casing 11, this magnetic structure is provided with a permanent magnet 7 and a solenoid 9 arranged around the chamber 1 to generate a magnetic field in the radial direction and a magnetic field in the uniaxial direction.
Have and. These two magnetic fields are superposed and distributed in the whole chamber 1. Therefore, they form a composite magnetic field, which defines the resonance isomagnetic surface 13 in the chamber 1.

【0010】磁軸15は、イオン源の長軸方向でもあ
り、前記外装11内に配置された2つの開口17及び1
9を介して外装11を横切って、チャンバ1からイオン
を引き出せるようにすると共に、電磁波及びガス若しく
は固体の試料を導入できるようにしている。
The magnetic axis 15 is also in the long axis direction of the ion source, and has two openings 17 and 1 arranged in the outer package 11.
Ions can be extracted from the chamber 1 by traversing the exterior 11 via 9 and an electromagnetic wave and a gas or solid sample can be introduced.

【0011】誘電体の第1及び第2のパイプ21及び2
3は、外装11の開口19を遷移空洞20の各開口25
及び27に接続している。これらの開口25及び27
は、立方体の形状を有する遷移空洞20の側面に位置し
ている。
Dielectric first and second pipes 21 and 2
3 shows the openings 19 of the exterior 11 and the openings 25 of the transition cavity 20.
And 27. These openings 25 and 27
Are located on the sides of the transition cavity 20 having the shape of a cube.

【0012】これら2つのパイプ21、23は、特性イ
ンピーダンスが約85Ωの同軸線と整合可能な直径関係
を有する。この同軸線は、好ましくは、電磁的横波モー
ド(TEM)を伝搬する。このモードでは、電磁界Eが
電波の伝搬方向に対して横断的であり、かつ導体即ちパ
イプ21、23の表面に垂直である。
These two pipes 21 and 23 have a diameter relationship capable of matching with a coaxial line having a characteristic impedance of about 85Ω. This coaxial line preferably carries an electromagnetic transverse wave mode (TEM). In this mode, the electromagnetic field E is transverse to the direction of propagation of the radio wave and perpendicular to the surface of the conductor or pipe 21, 23.

【0013】ガスをイオン化するために、前記ガスは遷
移空洞20の開口27に接続されたガス・パイプ30に
よりチャンバ1に導入される。遷移空洞20に導入され
たガス及び電磁波は、第1及び第2のパイプ21及び2
3を介してチャンバ1に転送される。第1のパイプ21
の役割は前記電磁波を前記チャンバ1に伝搬させて磁軸
15に沿って注入させることである。
To ionize the gas, said gas is introduced into the chamber 1 by means of a gas pipe 30 connected to the opening 27 of the transition cavity 20. The gas and electromagnetic waves introduced into the transition cavity 20 are transferred to the first and second pipes 21 and 2
3 is transferred to chamber 1. First pipe 21
The role of is to propagate the electromagnetic wave into the chamber 1 and inject it along the magnetic axis 15.

【0014】チャンバ1内では、電磁界と軸方向の磁界
との関連により導入したガスを完全にイオン化させるこ
とができる。発生した電子は電子サイクロトロン共鳴に
より高度に加速され、共振等磁気面13により制限され
た体積内に閉じ込まれた高温電子のプラズマを形成する
結果となる。
In the chamber 1, the introduced gas can be completely ionized due to the relationship between the electromagnetic field and the axial magnetic field. The generated electrons are highly accelerated by electron cyclotron resonance, resulting in the formation of a plasma of hot electrons confined within the volume confined by the resonance isomagnetic surface 13.

【0015】このようにしてチャンバ1内で形成された
イオンは、電極31とチャンバ1との間に印加された電
位差により発生した引出し電界によりチャンバ1から引
き出される。電極31及びチャンバ1は共に電源33に
接続されており、電極31はチャンバ1の開口17の外
に配置されている。
The ions thus formed in the chamber 1 are extracted from the chamber 1 by the extraction electric field generated by the potential difference applied between the electrode 31 and the chamber 1. Both the electrode 31 and the chamber 1 are connected to the power supply 33, and the electrode 31 is arranged outside the opening 17 of the chamber 1.

【0016】イオン電流の強さを制御するためには、電
磁界発生器3に接続された電源37の前段に位置するパ
ルス発生器35を制御して、電磁界の平均電力を制御す
ることができる。このパルス発生器35は実行サイク
ル、即ち1パルスの長さとパルスの期間との間の比を調
整することにより電源37を制御する。
In order to control the intensity of the ionic current, it is possible to control the average power of the electromagnetic field by controlling the pulse generator 35 located in front of the power source 37 connected to the electromagnetic field generator 3. it can. The pulse generator 35 controls the power supply 37 by adjusting the run cycle, ie the ratio between the length of one pulse and the duration of the pulse.

【0017】更に、全圧力測定手段39が比較器41の
入力に接続されており、その出力はガス・パイプ30の
バルブ43に接続されている。比較器41の第2の入力
には、基準電圧Rが印加されてイオン電流の測定値と比
較され、その比較器41の出力にバルブ43に転送する
値を得る。このバルブ43はチャンバ1に導入されるガ
スの量を制御してイオン電流を自動的に調整することが
できる。
Furthermore, the total pressure measuring means 39 is connected to the input of the comparator 41, the output of which is connected to the valve 43 of the gas pipe 30. The reference voltage R is applied to the second input of the comparator 41 and compared with the measured value of the ionic current to obtain the value to be transferred to the valve 43 at the output of the comparator 41. The valve 43 can control the amount of gas introduced into the chamber 1 to automatically adjust the ion current.

【0018】更に、遷移空洞20の側面の第3の開口2
9に接続されている適応ピストン45は、前記遷移空洞
20の内部体積を調整可能にしている。前記適応ピスト
ン45の調整を用いて遷移空洞20の全ての内部体積を
電磁波の周波数に対して同調させ、反射波、即ち電磁界
発生器3に戻す電磁波を最小にする。これらの内部体積
が電磁波の周波数に同調されると、電磁界発生器3によ
り遷移空洞20に注入された電磁波は、実質的にパイプ
21、23を介してプラズマを含むチャンバ1に転送さ
れた後、共振等磁気面13により吸収される
Furthermore, a third opening 2 on the side surface of the transition cavity 20 is provided.
An adaptive piston 45 connected to 9 makes it possible to adjust the internal volume of the transition cavity 20. The adjustment of the adaptive piston 45 is used to tune all the internal volume of the transition cavity 20 to the frequency of the electromagnetic waves and minimize the reflected waves, ie the electromagnetic waves returning to the electromagnetic field generator 3. When these internal volumes are tuned to the frequency of the electromagnetic waves, the electromagnetic waves injected by the electromagnetic field generator 3 into the transition cavity 20 are transferred to the chamber 1 containing the plasma, substantially through the pipes 21, 23. Absorbed by the magnetic surface 13 such as resonance

【0019】従来技術のイオン源では、第2のパイプ2
3がその末端部分23aで電磁波に対して透明である。
この末端部分23aは外装11の反対側に位置するチャ
ンバ1の開口19に隣接している。
In the prior art ion source, the second pipe 2
3 is transparent to electromagnetic waves at its end portion 23a.
This end portion 23a is adjacent to the opening 19 of the chamber 1 located on the opposite side of the sheath 11.

【0020】この透明な末端部分23aの内部空間に
は、ソレノイド9が発生する軸方向の磁界、一つの電磁
界及び高いガス圧力が存在する。この電磁界は、第1の
パイプ21と第2のパイプ23の非透明部分23bとの
間で転送される電磁波により発生され、第2のパイプ2
3の透明な末端部分23aを横断する。このために、高
いガス圧が存在する空間内の第2のパイプ23の透明な
末端部分23a内で電子サイクロトロン共鳴を発生させ
ることができる。透明な末端部分23a内の電子サイク
ロトロン共鳴により発生したプラズマが高密度である
程、電磁波の伝搬が良好であり、この高密度のプラズマ
は一つの導体となる。更に、このプラズマのコードは第
2のパイプ23の部分23bと同一の外形を有する。従
って、同軸線の特性インピーダンスは変らず、電磁波の
反射の防止を可能にする。
In the inner space of the transparent end portion 23a, there is an axial magnetic field generated by the solenoid 9, an electromagnetic field and a high gas pressure. This electromagnetic field is generated by the electromagnetic wave transferred between the first pipe 21 and the non-transparent portion 23b of the second pipe 23, and the second pipe 2
3 through the transparent end portion 23a. For this reason, electron cyclotron resonance can be generated in the transparent end portion 23a of the second pipe 23 in the space where a high gas pressure is present. The higher the density of the plasma generated by electron cyclotron resonance in the transparent end portion 23a, the better the propagation of electromagnetic waves, and this high density plasma becomes one conductor. Furthermore, the plasma cord has the same outer shape as the portion 23b of the second pipe 23. Therefore, the characteristic impedance of the coaxial line does not change, and the reflection of electromagnetic waves can be prevented.

【0021】従って、この電磁波に対して透明な末端部
分23aは自己調整されたプレイオン化段階を構成す
る。ここでは、電子サイクロトロン共鳴ゾーンが共振等
磁気面13からなる限り、過度の電磁波入射電力を反射
することなく伝搬する。
The end portion 23a, which is transparent to this electromagnetic wave, thus constitutes a self-regulated preionization stage. Here, as long as the electron cyclotron resonance zone is composed of the resonance magnetic surface 13, the excessive electromagnetic wave incident power propagates without being reflected.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】従って、従来技術にお
いて説明したようにイオン源を最適化するためには、第
1に、適応ピストン45を制御することにより遷移空洞
20の内部体積を調整することが必要であり、第2に、
ソレノイド9における電流の強さを調整することが必要
である。これらの調整は、経験のあるオペレータより実
行されたとしても、非常に長く掛かることがあり得る。
これらは、数時間、実際には数日続けてもイオン源の最
適パフォーマンスが得られないことがある。実際に、こ
れらの調整はイオン源を最適化するために用いる公知の
規則に従っていない。
Therefore, in order to optimize the ion source as described in the prior art, firstly, the internal volume of the transition cavity 20 is adjusted by controlling the adaptive piston 45. And secondly,
It is necessary to adjust the strength of the current in the solenoid 9. These adjustments, if performed by an experienced operator, can take a very long time.
They may not achieve optimum ion source performance for hours, even days, in practice. In fact, these adjustments do not follow the known rules used to optimize the ion source.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、電子サイクロ
トロン共鳴により形成されたイオンのプラズマ及び電子
を含む一つのチャンバと、一つの外装を有する一つの磁
気的な構造であって、前記構造が前記チャンバを取り囲
み、前記チャンバ内に2つの半径方向及び軸方向の磁界
を形成して前記チャンバ内にプラズマを取り囲むように
した前記外装と、電磁波発生器に接続された一つの遷移
空洞と、前記チャンバ及び遷移空洞を接続する第1及び
第2の誘電体パイプであって、前記外装の反対側の遷移
部分を有し、前記第2のパイプが特定点で共鳴を発生す
る前記第1及び第2の誘電体パイプとを含む電子サイク
ロトロン共鳴によるイオン源を最適化する装置を提供す
ること目的とするものであって、前記第2の誘電体パイ
プにおける共鳴点を移動させて前記共鳴点の位置を最適
に調整する前記手段を備えている。
The present invention provides a magnetic structure having a chamber containing an ion plasma formed by electron cyclotron resonance and electrons, and a magnetic structure having an exterior. An outer enclosure surrounding the chamber, forming two radial and axial magnetic fields in the chamber to enclose a plasma in the chamber, and one transition cavity connected to an electromagnetic wave generator, First and second dielectric pipes connecting a chamber and a transition cavity, said first and second dielectric pipes having a transition portion opposite said sheath, said second pipe resonating at a particular point. An object of the present invention is to provide an apparatus for optimizing an ion source by electron cyclotron resonance including a second dielectric pipe, the resonance point in the second dielectric pipe. The moved and are provided with the means to optimally adjust the position of the resonance point.

【0024】前記共鳴点を移動させる前記手段は、好ま
しくは、透明な部分のレベルで第2のパイプ周辺に配置
され、前記パイプに平行に移動可能な一つの管状片を備
えている。
The means for moving the resonance point preferably comprises a tubular piece arranged around the second pipe at the level of the transparent part and movable parallel to the pipe.

【0025】好ましい一実施例によれば、前記管状片は
その外部周辺部にねじを切り、前記外装と共にねじ及び
ナット構造を形成する。
According to a preferred embodiment, the tubular piece is threaded on its outer periphery to form a screw and nut structure with the sheath.

【0026】本発明の他の特徴及び効果は、図面を参照
して例示として、ただし非限定的なものとして示す以下
の説明を読むことにより更に明らかとなる。
Other features and advantages of the invention will become more apparent on reading the following description, given by way of illustration and not limitation with reference to the drawings.

【0027】[0027]

【実施例】一般的に、前述のようにTEMモードが伝搬
する一本の同軸線上には、伝搬する電磁波の反射のため
に定存波が存在する。電磁波の電波Eのために、定存波
は電圧波である。従って、2つのパイプ21とパイプ2
3との間に連続する電圧の波節及び波腹点が存在し、2
つの波節又は2つの波腹点間の距離はイオン源に注入さ
れた電磁波の1/2波長に等しい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Generally, a standing wave exists on one coaxial line through which a TEM mode propagates, as described above, because of the reflection of the propagating electromagnetic wave. Due to the electromagnetic wave E, the standing wave is a voltage wave. Therefore, the two pipes 21 and 2
There are continuous voltage nodes and antinodes between 3 and 2.
The distance between one node or two antinodes is equal to 1/2 wavelength of the electromagnetic wave injected into the ion source.

【0028】このイオン源には、磁軸15の顕著な3つ
の点A、B及びCが存在する。これらの3つの点A、B
及びCは電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件が証明
される。即ち、 (E1)ωHF=ωce 換言すれば、電磁波HFのパルスは電子のジャイロ磁気
パルス即ち「電子サイクロトロン」パルスと同一値を有
し、以下のように表わされる。 (E2)ωce=e/mBr ただし、eは電子の電荷、mはその質量、Brは共振誘
導の値である。
In this ion source, there are three prominent points A, B and C of the magnetic axis 15. These three points A, B
And C have electron cyclotron resonance (ECR) conditions. That is, (E1) ω HF = ω ce In other words, the pulse of the electromagnetic wave HF has the same value as the electron gyro magnetic pulse, that is, the “electron cyclotron” pulse, and is expressed as follows. (E2) ω ce = e / mB r where e is the electron charge, m is the mass, and Br is the value of resonance induction.

【0029】従って、波節の点A、B及びCにおいて、
(E1)及び(E2)から導き出された次の式は |Br|=(e/m)ωHF と表せる。
Therefore, at points A, B and C of the node,
The following equation derived from (E1) and (E2) can be expressed as | Br | = (e / m) ω HF .

【0030】前述のイオン源の場合に、点A及びBは共
振等磁気面13の端を表わしており、閉じ込められたプ
ラズマ内に位置する閉じた共振面としても知られてい
る。点Cはプレイオン化プラズマ内の誘電体の第2のパ
イプ23、即ち磁気的な外装11のレベルに位置してお
り、前記外装11は磁気誘導の急激な降下を引き起こ
す。外装11のレベルに位置するパイプ21及び23の
部分は、高い磁気勾配を有する領域、即ち磁気誘導が大
きく変化する領域である。
In the case of the ion source described above, points A and B represent the ends of the resonance isomagnetic surface 13, also known as a closed resonance surface located in a confined plasma. Point C is located at the level of the second dielectric pipe 23 in the preionized plasma, ie the magnetic sheath 11, which causes a sudden drop in the magnetic induction. The portions of the pipes 21 and 23 located at the level of the outer casing 11 are regions having a high magnetic gradient, that is, regions where the magnetic induction changes greatly.

【0031】図2は、電子サイクロトロン共鳴のイオン
源が最適化されたときにイオン源内に発生する電気図を
示す。電界Eは共振点A、B及びCで最適となる。
FIG. 2 shows the electrogram generated in the ion source when the electron cyclotron resonance ion source is optimized. The electric field E is optimum at the resonance points A, B and C.

【0032】実際において、電子サイクロトロン共鳴
は、電界Eがその最大値に達したときに点Cで最適化さ
れ、共振誘起フィールドに対して垂直であり、小半径の
シリンダ上、即ち小半径の第2のパイプ23上にある。
In practice, the electron cyclotron resonance is optimized at point C when the electric field E reaches its maximum and is perpendicular to the resonance-inducing field and on a cylinder of small radius, ie of the small radius. It is on the second pipe 23.

【0033】更に、最適化された電子サイクロトロン共
鳴が存在すると、パイプ21及び23に発生したプレイ
オン化プラズマは高密度なので、これが実質的に導体と
なり、共振等磁気面13まで拡散し、点Bに到達する。
更に、この共振等磁気面13は高密度のプラズマを含
み、電磁波を吸収し、かつ反射するので、前記共振等磁
気面13を点Bから点Aまで半導体にする。
Further, in the presence of the optimized electron cyclotron resonance, since the preionized plasma generated in the pipes 21 and 23 has a high density, this becomes substantially a conductor and diffuses to the resonance isomagnetic surface 13 and reaches the point B. To reach.
Further, the resonance isomagnetic surface 13 contains high-density plasma and absorbs and reflects electromagnetic waves, so that the resonance isomagnetic surface 13 is a semiconductor from the point B to the point A.

【0034】従って、電磁的な観点から、イオン源は磁
軸15の点Aまで同軸線のように振る舞う。この開放ラ
インは点Aと点45との間で定存波が存在する点であ
る。
Therefore, from the electromagnetic point of view, the ion source behaves like a coaxial line up to the point A on the magnetic axis 15. This open line is the point where a standing wave exists between points A and 45.

【0035】更に実際的な点から、各パイプ23及び2
1の直径d及びDは、以下の規則を観察することによ
り、最適に固定される。 D−d/ 2=λ/ 3
From a more practical point of view, each pipe 23 and 2
The diameters d and D of 1 are optimally fixed by observing the following rules. D-d / 2 = λ / 3

【0036】同様に、チャンバ1及び共振等磁気面13
の直径D 及びd は、この規則が成立するときに最適
な選択となる。即ち、 D −d /2=λ/ 3
Similarly, the chamber 1 and the resonance isomagnetic surface 13 are formed.
The diameters D 1 and d 2 of are the optimal choices when this rule holds. That is, D-d / 2 = λ / 3

【0037】このイオン源を最適化するために、換言す
れば点A及びBで最適となるべき電界Eの場合にも、点
A、B及びC間の距離に関する重要な条件は成立しなけ
ればならない。この点AとB、BとC、又はCとAとの
間の距離は、整数(n又はm)×イオン源に導入された
電磁波の1/ 2λに等しい。
In order to optimize this ion source, in other words, in the case of the electric field E which should be optimized at the points A and B, the important condition regarding the distance between the points A, B and C is not satisfied. I won't. The distance between this point A and B, B and C, or C and A is equal to an integer (n or m) times 1/2 λ of the electromagnetic wave introduced into the ion source.

【0038】従って、次式を得る。 AB=nλ/ 2、及び AC=mλ/ 2 この波長λは、電磁界発生器3により注入した電磁波の
周波数fが判る時点から既知値であって、導入された波
長の周波数fにおける伝搬速度cに等しい。
Therefore, the following equation is obtained. AB = nλ / 2, and AC = mλ / 2 This wavelength λ is a known value from the time when the frequency f of the electromagnetic wave injected by the electromagnetic field generator 3 is known, and the propagation velocity c at the frequency f of the introduced wavelength. be equivalent to.

【0039】図3は本発明の装置からなるイオン源を示
す図であり、点A、B及びCの位置を最適化させること
ができる。
FIG. 3 is a diagram showing an ion source comprising the apparatus of the present invention, in which the positions of points A, B and C can be optimized.

【0040】図3に示すイオン源は従来技術のイオン源
と同一であるが、本発明の最適化装置が付加されてい
る。このイオン源は説明の最初で説明した。図1の説明
において参照された全ての要素は、以下で説明する図3
でも同一の参照番号を保持している。
The ion source shown in FIG. 3 is the same as the prior art ion source, but with the optimization apparatus of the present invention added. This ion source was described at the beginning of the description. All the elements referred to in the description of FIG. 1 are the same as those of FIG.
But they retain the same reference numbers.

【0041】イオン源を最適化する最適化装置を図4に
示す。最適化装置は磁気ねじとして知られている管状片
47からなる。この管状片47は、約0. 5mmの適当
な遊びにより第1のパイプ21の周辺に配置されてお
り、これによってパイプ21が外装11に対して平行移
動したときにパイプ21との摩擦を避けるようにしてい
る。管状片47は外装11と同一の厚さを有し、その周
辺に外装11のタップ付きの部分(11a)にねじ込む
ことが可能なねじ山47aを備えている。外装11上の
管状片47のねじ込み/ その戻しは、管状片47の移動
を可能にしている。
An optimization device for optimizing the ion source is shown in FIG. The optimizer consists of a tubular piece 47 known as a magnetic screw. This tubular piece 47 is arranged around the first pipe 21 with a suitable play of about 0.5 mm, which avoids friction with the pipe 21 when the pipe 21 translates with respect to the sheath 11. I am trying. The tubular piece 47 has the same thickness as the outer casing 11 and is provided with a thread 47a around the outer periphery thereof that can be screwed into the tapped portion (11a) of the outer casing 11. The screwing in / returning of the tubular piece 47 on the sheath 11 allows the tubular piece 47 to move.

【0042】管状片47は鉄からなる。このために、外
装11のレベルで高い磁気勾配が存在し、共振する点C
の位置を制御することができる。実際に、点Cは外装1
1に対して管状片47の移動に殆ど従う。
The tubular piece 47 is made of iron. For this reason, there is a high magnetic gradient at the level of the outer casing 11, and the resonance point C
The position of can be controlled. Actually, the point C is the exterior 1
Almost follows the movement of the tubular piece 47 with respect to 1.

【0043】管状片47の移動は、管状片47における
4つの穴47bのうちの2つに係合する2つのドッグ・
ポイントを備えた特殊工具により行なわれる。これら4
つの穴47bは管状片47の外面に均等に分散されてお
り、磁軸15に対して平行な軸上にある。2つのドッグ
・ポイントを備えた特殊工具は、半径方向に対向する2
つの穴に係合することによって、管状片47を回転させ
ることができる。
The movement of the tubular piece 47 causes the two dogs to engage two of the four holes 47b in the tubular piece 47.
It is done by a special tool with points. These 4
The two holes 47b are evenly distributed on the outer surface of the tubular piece 47, and are on an axis parallel to the magnetic axis 15. A special tool with two dog points has two opposite radial
By engaging the two holes, the tubular piece 47 can be rotated.

【0044】管状片47の平行移動は、磁界が存在しな
い状態、即ちイオン源が停止されたときに行なわれる。
ソレノイド9が発生する磁界が存在するときは、管状片
47と外装11との間に相互的な作用が確立する。実際
には、かなりの磁力が管状片47の平行移動に対抗し、
管状片47のねじ山47aを外装11の内部ねじ山11
a上に強く押し付けることによって、イオン源の外装1
1内の磁気連続性を確保する。
The translation of the tubular piece 47 takes place in the absence of a magnetic field, ie when the ion source is stopped.
In the presence of the magnetic field generated by the solenoid 9, an interaction is established between the tubular piece 47 and the sheath 11. In practice, a considerable magnetic force opposes the translation of the tubular piece 47,
The thread 47a of the tubular piece 47 is replaced by the thread 11a
Ion source exterior 1 by pressing strongly on a
The magnetic continuity within 1 is secured.

【0045】しかし、イオン源を完全に最適化するため
に、管状片47を制御することによる点Cの位置調整
は、管状片47の前記調整に従う2つの調整により完結
される必要がある。これらの調整は、連続的な手法によ
るイオン源の最適化を可能にする。
However, in order to completely optimize the ion source, the position adjustment of the point C by controlling the tubular piece 47 has to be completed by two adjustments of the tubular piece 47 according to said adjustment. These adjustments allow optimization of the ion source in a continuous manner.

【0046】点Cにおける電界Eの最適化は高いガス圧
により得られ、これによって低いイオン化荷電状態にあ
るイオン源を最適化させる。この最適化は、第1に管状
片47を、第2に適応ピストン45の位置を調整するこ
とにより決定される。その場合に点Cの第1の位置が存
在する。イオン源の軸方向の磁気輪郭に関する従来の知
識によれば、点A及びBは2つのソレノイド9における
電流の強さを調整することにより配置される。この強さ
は、例えば0〜1000アンペア変化する電流を供給す
る外部電源により制御される。
Optimization of the electric field E at point C is obtained by a high gas pressure, which optimizes the ion source in the low ionization charge state. This optimization is determined by first adjusting the position of the tubular piece 47 and secondly the adaptive piston 45. In that case, the first position of point C exists. According to conventional knowledge of the axial magnetic profile of the ion source, points A and B are located by adjusting the current strength in the two solenoids 9. This strength is controlled, for example, by an external power supply that supplies a current that varies from 0 to 1000 amps.

【0047】これら3つの調整は、高いイオン化荷電状
態にあるイオン源の最適化を得るまで、漸増するガス圧
について複数回更新される。
These three adjustments are updated multiple times for increasing gas pressures until an optimization of the ion source in the high ionization charge state is obtained.

【0048】本発明によるイオン源の一実施例によれ
ば、チャンバ1の直径は約6cmであり、導入された電
磁波の波長λは3cm、即ち10GHzの周波数であ
る。このイオン源の場合は、全ての調整は100ワット
以下の電磁波の電力に対して実行される必要がある。熟
練したオペレータは5〜6オペレーションによりこの絶
縁を最適化することができる。これは数分内である。
According to one embodiment of the ion source according to the invention, the chamber 1 has a diameter of about 6 cm and the introduced electromagnetic wave has a wavelength λ of 3 cm, ie a frequency of 10 GHz. For this ion source, all conditioning has to be performed for electromagnetic powers of 100 watts or less. A skilled operator can optimize this insulation in 5-6 operations. This is within minutes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来技術によるECRイオン源を概要的に示す
断面図である。
1 is a schematic cross-sectional view of an ECR ion source according to the prior art.

【図2】前記イオン源を最適化したときのイオン源内に
形成される電気図である。
FIG. 2 is an electric diagram formed in the ion source when the ion source is optimized.

【図3】本発明により最適化されたECRイオン源を概
要的に示す図がある。
FIG. 3 is a schematic diagram of an ECR ion source optimized according to the present invention.

【図4】図1のECRイオン源を最適化させる本発明の
装置を概要的に示す図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus of the present invention for optimizing the ECR ion source of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 チャンバ 3 電磁界発生器 11 外装 20 遷移空洞 21、23 パイプ 23a 透明な部分 45 適応ピストン 47 管状片 47a、47b 穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 chamber 3 electromagnetic field generator 11 exterior 20 transition cavity 21, 23 pipe 23a transparent part 45 adaptive piston 47 tubular piece 47a, 47b hole

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子サイクロトロン共鳴により形成され
たイオンのプラズマ及び電子を含む一つのチャンバと、 一つの外装を有する一つの磁気的な構造であって、前記
構造が前記チャンバを取り囲み、前記チャンバ内に2つ
の半径方向及び軸方向の磁界を形成して前記チャンバ内
にプラズマを取り囲むようにした前記外装と、 電磁波発生器に接続された一つの遷移空洞と、 前記チャンバ及び遷移空洞を接続する第1及び第2の誘
電体パイプであって、前記外装の反対側の遷移部分を有
し、前記第2のパイプが特定点で共鳴を発生する前記第
1及び第2の誘電体パイプとを含む電子サイクロトロン
共鳴によるイオン源において、 前記第2の誘電体パイプにおける共鳴点を移動させて前
記共鳴点の位置を最適に調整する手段を備えていること
を特徴とする電子サイクロトロン共鳴によるイオン源。
1. A magnetic structure having a chamber containing a plasma of ions and electrons formed by electron cyclotron resonance, and a magnetic structure having a sheath, the structure surrounding the chamber, A sheath for enclosing a plasma in the chamber by forming two radial and axial magnetic fields, a transition cavity connected to the electromagnetic wave generator, and a transition cavity connecting the chamber and the transition cavity. First and second dielectric pipes having transitions on opposite sides of the sheath, the second pipes producing resonance at a particular point. An ion source using electron cyclotron resonance, comprising means for moving a resonance point in the second dielectric pipe to optimally adjust the position of the resonance point. Ion source by electron cyclotron resonance which is butterflies.
【請求項2】 前記共鳴点を移動させる前記手段は透明
な部分のレベルで第2のパイプ周辺に配置され、前記パ
イプと平行に移動可能な一つの管状片を備えていること
を特徴とする請求項1記載のイオン源。
2. The means for moving the resonance point is characterized in that it comprises a tubular piece arranged around the second pipe at the level of the transparent part and movable parallel to said pipe. The ion source according to claim 1.
【請求項3】 前記管状片はその外部周辺部にねじを切
り、前記外装と共にねじ及びナット構造を形成すること
を特徴とする請求項2記載のイオン源。
3. The ion source according to claim 2, wherein the tubular piece is threaded on an outer peripheral portion thereof to form a screw and nut structure together with the exterior.
JP4145056A 1991-05-14 1992-05-12 Ion source by electron cyclotron resonance Withdrawn JPH06103943A (en)

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FR9105803 1991-05-14
FR9105803A FR2676593B1 (en) 1991-05-14 1991-05-14 ION SOURCE WITH ELECTRONIC CYCLOTRONIC RESONANCE.

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DE69207641D1 (en) 1996-02-29
US5336961A (en) 1994-08-09
EP0514255A1 (en) 1992-11-19
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FR2676593B1 (en) 1997-01-03

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